Elke winter neemt het risico op lawines in de bergen toe naarmate er meer sneeuw ligt. Een van de beschermende maatregelen om het risico voor mensen en infrastructuur te verminderen, is het uitvoeren van gecontroleerde, kunstmatige ontploffingen. Deze ontploffingen veroorzaken het vrijkomen van enorme sneeuwmassa’s die langs een vooraf bepaald pad de vallei in denderen. Maar de vraag blijft: Werd de lawine daadwerkelijk veroorzaakt zoals gepland? Het is essentieel om dit te bevestigen.
Om dit te kunnen doen, moet het getroffen gebied gericht in de gaten worden gehouden – ongeacht het zicht en de heersende weersomstandigheden. Deze taak wordt momenteel uitgevoerd met behulp van mechanische draden die breken wanneer de lawine begint, of door helikopters die het gebied tijdens de detonatie in de gaten houden. In veel gevallen wordt ook gebruik gemaakt van radartechnologieën die een continue bewaking op afstand in alle weersomstandigheden mogelijk maken. Al deze oplossingen hebben echter grote nadelen. Mechanische draden moeten bijvoorbeeld na elke lawine opnieuw worden gespannen. Daardoor lopen technici mogelijk gevaar, terwijl helikopters alleen bij goed weer kunnen vliegen. Actieve radartechnologieën vereisen dan weer zendvergunningen.
Hier zou passieve radar een geschikt alternatief kunnen zijn voor lawinebewaking. In tegenstelling tot een conventionele actieve radar is een passieve radar een positioneringstechnologie die geen elektromagnetische energie uitzendt. Een passieve radar maakt gebruik van radio- of mobiele communicatiesignalen. Bovendien zendt het geen radarstralen uit die door een object worden gereflecteerd en vervolgens worden afgebogen naar de ontvanger. In plaats daarvan gebruikt het radarstralen die al aanwezig zijn.
Een passieve radar is niet alleen kosteneffectief, energiebesparend en eenvoudig te installeren. Een ander voordeel is dat het ook zonder zendvergunningen kan worden gebruikt. “Aangezien een passieve radar geen zendantenne nodig heeft en bestaat uit minder componenten, is het goedkoper en eenvoudiger in gebruik te nemen. Het kan gemakkelijk zonder vergunning worden geïnstalleerd.” Dat zegt Dr. Diego Cristallini, groepsleider bij Fraunhofer FHR.
Het probleem is echter dat radiosignalen meestal niet beschikbaar zijn in afgelegen berggebieden. Dit betekent dat Dr. Cristallini en zijn team moeten vertrouwen op signalen van de OneWeb of Starlink mega-satellietconstellaties met vaste satellietdiensten (FSS). Deze zijn overal ter wereld beschikbaar. De satellietnetwerken zijn bedoeld om overal op aarde breedbanddekking te bieden. In een haalbaarheidsstudie in opdracht van ESA-ESTEC (European Space Research and Technology Centre) onderzoeken wetenschappers of Starlink en OneWeb geschikt zijn voor lawinedetectie en, meer specifiek, of ze daadwerkelijk in staat zijn om een lawine na een explosie te detecteren en te bevestigen.
“Satellietverbindingen worden altijd gebruikt wanneer aardse netwerken niet beschikbaar, overbelast of verstoord zijn. Net als OneWeb is Starlink een LEO (low Earth orbit) satellietdienst. Dit betekent dat een groot aantal satellieten in een lage baan om de aarde cirkelen. Deze nabijheid is voordelig in termen van latentie, omdat de afstand van de grond naar de satelliet en terug slechts een paar honderd kilometer is,” legt Dr. Cristallini uit.
Het grote aantal Starlink-satellieten maakt continue radarbeelden van het aardoppervlak mogelijk. Zodra een satelliet aan de horizon verdwijnt, verschijnt er een nieuwe, die tweedimensionale beelden van het gebied produceert die gemakkelijk te interpreteren zijn. “We hebben het hier over SAR (synthetic aperture radar), waarmee beelden van afgelegen berggebieden kunnen worden opgenomen die veel verder gaan dan detectie.” De megaconstellaties van de satellieten zijn permanent beschikbaar als signaalbron. De elektromagnetische signalen worden vanuit verschillende hoeken de berggebieden ingestuurd. Daardoor worden gebieden zichtbaar die anders verborgen zouden blijven bij het gebruik van slechts één zender.
Met behulp van de topografische gegevens van een berg hebben Dr. Cristallini en zijn team een simulatieomgeving ontwikkeld waarmee ze lawines konden simuleren en analyseren of deze gedetecteerd kunnen worden met behulp van de Starlink-signalen. Om de veelbelovende simulatieresultaten in de praktijk te testen, hebben de onderzoekers hun passieve radarsysteem ook gebruikt om kleine en gecontroleerde aardverschuivingen te detecteren in een voormalige basaltmijn aan de Rijn bij de Duitse stad Remagen. Deze aardverschuivingen ontstaan wanneer een graafmachine zijn lading in het nog steeds gapende gat stort. “Zowel de simulaties als de praktijktest hebben aangetoond dat een passieve radar met signalen van satelliet-megaconstellaties geschikt is voor lawinedetectie,” vat Dr. Cristallini samen.
Openingsfoto: Praktijktests in een voormalige basaltmijn: De rechterantenne van de passieve radar is gericht op een Starlink-satelliet, terwijl de linkerantenne gericht is op de gecontroleerde aardverschuiving. (foto: Fraunhofer FHR/Diego Cristallini)
Ook interessant: Toyota investeert miljoenen in ruimtevaartbedrijf Interstellar Technologies